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植物生理学讲义第一、二章 第一章 植物的水分生理 第一节 植物对水分的需要 一般植物组织含水量占鲜重的75％～90％ 二、植物体内水分的存在状态 细胞中的水可分为二类 束缚水(bound water)－-与细胞组分紧密结合不能自由移动、 不易蒸发散失的水。 自由水(free water)－－与细胞组分之间吸附力较弱，可以自由移动的水。 　 三、水分在植物生命活动中的作用 1.水分是细胞质的主要成分 2.水分是代谢过程的反应物质 3.水分是各种生理生化反应和运输物质的介质 4.水分能使植物保持固有的姿态 ? 生理需水--满足植物生理活动所需要的水分 ? 生态需水--利用水的理化特性,调节植物周围的环境所需要的水分 第二节 植物细胞对水分的吸收 一、扩散(diffusion) 物质分子从高浓度(高化学势)区域向低浓度(低化学势)区域转移，直到均匀分布的现象。　 　扩散速度与物质的浓度梯度成正比。 　扩散适合水分的短距离移动 二、集流(mass flow) 液体中成群的原子或分子在压力梯度作用下共同移动的现象。 水通道蛋白 生物膜上具有通透水分功能的内在蛋白，亦称水孔蛋白(aquaporin) 质膜内在蛋白 液泡膜内在蛋白 三、渗透作用(osmosis) 　-溶液中的溶剂分子(水)通过半透膜而移动的现象。 （一）自由能、化学势、水势的基本概念 1.自由能 (free energy，G) 　在等温、等压条件下,能够做最大有用功的那部分能量。 2.化学势(chemical potential，μ) 在等温、等压下，1mol的组分（物质）所具有的自由能。 ? 3. 水的化学势和水势 ? 水的化学势（μw）：当温度、压力及物质数量（水以外）一定时，体系中1mol的水的自由能。 ? 水势（water potential): ? 每偏摩尔体积的水在体系中的化学势与纯水在相同温度、压力下的化学势之间的差。 偏摩尔体积：在恒温、恒压、其他组分浓度不变情况下，混合体系中1mol该物质所占的有效体积。 单位：水势=水的化学势/水的偏摩尔体积 =J ? mol-1/m3 ? mol-1 =N ? m ? mol-1/m 3? mol-1 =N ? m-2 =Pa 纯水 Ψow=零 　零值并不是没有水势，就好比定海平面为海拔高度为0一样，作为一个参比值。 溶液： ? 溶液的水势为负值,浓度越大，水势越低 （三）植物细胞可以构成一个渗透系统 原生质层：包括质膜、细胞质和液泡膜看成一个半透膜 液泡内的细胞液含许多溶解在水中的物质，具有水势。 （四）植物细胞的水势 1.细胞水势的组分 　 细胞的水势公式： ψw＝ψπ＋ ψp ＋ψg 细胞的溶质势（solute potential 渗透势） 植物细胞中含有大量溶质：无机离子、糖类、有机酸、色素、悬浮在细胞液中的蛋白质、核酸等高分子物质也可视为溶质。 ? 一般陆生植物叶片细胞的溶质势是-2～-1MPa， 旱生植物叶片细胞的溶质势可以低到-10 MPa。 ? 干旱时，细胞液浓度高，溶质势较低。 细胞的压力势(press potential) 原生质体、液泡吸水膨胀，对细胞壁产生的压力称为膨压(turgor pressure)。 细胞壁在受到膨压作用的同时会产生一种与膨压大小相等、方向相反的壁压，即压力势。 ? 压力势一般为正值，它提高了细胞的水势。 ? 草本植物叶肉细胞的压力势，在温暖天气的午后为0.3～0.5MPa，晚上则达1.5MPa。 ? 在特殊情况下，压力势也可为等于零或负值。 例如初始质壁分离时，细胞的压力势为零； 剧烈蒸腾时，细胞壁出现负压，细胞的压力势呈负值。 Ψg ：重力势（gravity otential) 水分因重力下移与相反力量相等时的力量。 重力势依赖参与状态下水的高度、水的密度和重力加速度而定，当水高1m时重力势是0.01MPa。 细胞的衬质势（matrix petential ψm ? 是细胞胶体物质的亲水性和毛细管对自由水的束缚(吸引）而引起的水势降低值，称为衬质势。 ? 衬质势一般呈负值。 ? 对于无液泡的分生组织和干燥种子来说，ψm是细胞水势的主要组分，其 ψw＝ψm 含有液泡成熟细胞的水势： 由于细胞质水势组分较为复杂，各细胞器中水势又难以直接测定，而液泡的水势相对较易测定，因此，细胞水势通常用液泡的水势来代替。由于具有液泡的细胞含水量很高，衬质势趋于0，可忽略不计。 ? 含有液泡细胞水势公式可用下式表示： ψw＝ ψ液泡＝ ψπ ＋ ψp 细胞